ДИФРАКЦИЯ ФРЕНЕЛЯ

Способность световых волн огибать препятствия, в результате чего в области геометрической тени наблюдается чередование света и тени, называется дифракцией света. Это явление впервые было обнаружено в 1665 году итальянским ученым Гримальди.

Френель не только объяснил дифракцию света, но и предложил методы ее количественного расчета. Дифракция Френеля наблюдается в сферических волнах или в ограниченных световых пучках.

Высокая степень когерентности и высокая направленность лазерного излучения открывают широкие возможности для изучения дифракционных явлений. Результаты экспериментов с лазерами весьма наглядны и легко воспроизводимы.

В работе исследуется дифракция лазерного излучения на простых объектах: - круглое отверстие [2-9];

- круглый экран [2-8];

- тонкая нить [2-7].

I. ДИФРАКЦИЯ ФРЕНЕЛЯ

При рассмотрении дифракции света Френель исходил из нескольких основных утверждений, принимаемых без доказательства.

Во-первых, следуя принципу Гюйгенса, Френель считал, что для решения задачи о распространении волн, возбуждаемых каким-либо источником S, можно этот источник заменить эквивалентной ему системой фиктивных (виртуальных) вторичных источников D S и возбуждаемых ими вторичных волн.

Во-вторых, предположил, что вторичные источники когерентны между собой.

В-третьих, Френель усовершенствовал принцип Гюйгенса, учтя различие фаз элементарных вторичных волн. Измененный принцип носит название принципа Гюйгенса-Френеля. Согласно этому принципу, при распространении в пространстве ограниченных фронтов световых волн свет будет наблюдаться только там, где элементарные волны, испускаемые всеми вторичными источниками, складываясь, (интерферируя), усиливают друг друга; в тех местах, где вторичные волны при сложении гасят друг друга, будет наблюдаться темнота.

На основе принципа Гюйгенса-Френеля можно дать объяснение всем дифракционным явлениям, а также объяснить с точки зрения волновой теории прямолинейное распространение света при безграничном фронте световой волны.

Рассмотрим, как с помощью утверждений Френеля можно рассчитать результирующую амплитуду в некоторой точке.

Возьмем некоторую поверхность S, представляющую собой положение волнового фронта в некоторый момент. Для того, чтобы определить результирующее колебание в точке P, лежащей перед фронтом на расстоянии r₀, (рис.1) надо, по Френелю, колебания, которые приходят в эту точку Р от всех элементов поверхности DS (вторичных источников), сложить, учитывая их амплитуды и фазы:

Рис. 1